桥梁的工程的课程设计

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1、桥梁工程课程设计报告书一、设计资料1桥面净宽净-7 +2 X 1.5m人行道2主梁跨径及全长标准跨径lo=21.70m （墩中心距离）计算跨径| =21.20m （支座中心距离）主梁全长l全=21.66m （主梁预制长度）3设计荷载公路一I级；人群荷载3.0 kN m24设计安全等级二级5桥面铺装沥青表面处厚5cm （重力密度为23 kN m3），混凝土垫层厚6cm （重力密度为24kN m3）, T梁的重力密度为25kN m36 T梁简图如下图沥青混凝土 50mm 水泥混凝土垫层60mm 1II. u _If TL主梁横截面图二、设计步骤与方法I 行车道板的内力计算和组合（一）恒载及其内力（

2、以纵向1m宽的板条进行计算）1 ）每延米板上的恒载g沥青表面 gi : 0.05 X 1.0 X 231.15 kN m混凝土垫层 g2 : 0.06 X 1.0 X 241.44 kN mT 梁翼板自重 g3: g3 二 0.0： 14 1.0 25 =2.75 kN m合计：g二 gj =5.34 kN m2 ）每米宽板条的恒载内力悬臂板长10160-182=0.71m弯矩 MAg 一 -*g12 一 -1 5.34(0.71)2 - -1.35 kN m剪力 QAg 二gl=5.34 0.71 =3.79 kN（二）汽车车辆荷载产生的内力1 ）将车辆荷载后轮作用于铰缝轴线上，后轴作用力为

3、 140kN，轮压分布宽度 如图5所示，车辆荷载后轮着地长度为 a20.20m，宽度b 20.60m ,则得：a 1 a22 H 0.22 x 0.110.42 mb 1 b22 H 0.62 x 0.110.82 m荷载对于悬臂梁根部的有效分布宽度：a p d 21。=0.42 1.4 2 0.71 =3.24m结构跨中截面的惯矩Ic :翼板的换算平均高度：h =丄 8 14 =11cm211130160-1811130 18 -主梁截面重心位置：a 41.18 cm(16018)M1+13082 ）计算冲击系数口则得主梁抗弯惯矩:lc 詁 160-1811 160-181141.21 18

4、G.U2 18 130 空-41.2 丨=6.63 106m42 12 2结构跨中处单位长度质量 mc :315.45 1039.8= 1.577 103Ns2 / m2混凝土弹性模量E:取 E =2.80 1010 N/m2由以上数据可得简支梁桥的基频:*啤壮计0= 3.790 Hz2 二：习 1.577 10按照桥规规定f介于1.5Hz和14Hz之间，冲击系数按照下式计算:1 -10.1767In f -0.0157 =1.22由于这是汽车荷载局部加载在 T梁的翼缘板上，故冲击系数取1+4=1.22 3）作用于每米宽板条上的弯距为： 八 P fd ）140x2了0.82 , K1Map =

5、 1 +卩 一 l。一丄 l=1.3汇X 0.71 U-14.18 kN m4a I4 丿4x3.24I4 丿作用于每米宽板条上的剪力为：P140汉2QAP =-11.328.52 kNP4a 4 3.24（三）内力组合1 ）承载能力极限状态内力组合计算Mud =1.2MAg 1.4M AP =1.2 （一1.35） 1.4 （-14.18） =21.47 kN mQud =1.2QAg 1.4QAP =1.2 3.79 1.4 28.52 =44.48 kN2）正常使用极限状态内力组合计算Mud =MAg 0.7M AP - -1.35 0.7 （一14.18） 一 -11.28 kN mQ

6、ud 二 QAg 0.7Qap =3.79 0.7 28.52 = 23.75 kN n .主梁荷载横向分布系数计算（一）当荷载位于支点处时（应按杠杆原理法计算）根据公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004规定，在横向影响线上确定荷 载沿横向最不利的布置位置。例如，对于车辆荷载，规定的车轮横向轮距为1.8m, 两列汽车车轮的横向最小间距为 1.3m，车轮矩离人行道缘石最少为 0.5m。1#梁车辆荷载PmaxA,qq q =0.438Pq人群荷载maxAr = P 0.75 =1.656Por由此可得1号梁在车辆荷载和人群荷载作用下的最不利荷载横向分布系数分别为moqi =0.438 和 mo

7、r1 =1.656 （ 5号同 1 号）同理可得2号梁在车辆荷载和人群荷载作用下的最不利荷载横向分布系数分 别为：2#梁moq2 =0.5和 mor2 =0 （4号同 2号）同理可得3号梁在车辆荷载和人群荷载作用下的最不利荷载横向分布系数分 别为3#梁m）q3 =0.594 和 m）r3 =0（二）当荷载位于跨中时（考虑用修正偏心压力法计算） 对抗扭修正系数的计算：由于lTn八 cbt3i A11.6 0.113 0.300 1.19 0.183 =2.79 10m43= 1.402l 21.22.652B 5 1.612 =0.85gGrlliEI B本桥各根主梁的横向截面均相等，梁数n=5

8、,梁间距为1.6米，则5-2223452aia?a3a4a525.6mi =11号梁横向影响线的竖标值为112ai2i 4= 0.2 0.85 0.4 = 0.54215一呻 0.2 0.85 0.40.14 afi 4由11、15绘制1号梁横向影响线，如下图示最不利荷载位置j L * iJ- Ifr1边 IT!=!r C1. 1于是，1号(5号同1号)梁荷载横向分布系数计算如下(以xql和xr分别表示影响线零点至汽车车轮和人群荷载集度的横坐标距离)：车辆荷载：111mcr1 二二.( q1 q2 q3 q4 )( Xq1 Xq2 Xq3 Xq4)= 0.455222 x人群荷载：nmcr1

9、=二xr = 0.564x同理可得2号、4号梁的荷载横向分布系数：2#梁影响线212a2- n=0.285 ;25-P2a2=0.115，- 23i车辆荷载：mcq2 =0.115 ;人群荷载：mcr2=0.313同理可得3号梁的荷载横向分布系数:3#梁影响线312畧n2ai= 0.2;352a3n2aii=1i=1= 0.2车辆荷载：mcq3 =0.4 ；人群荷载：m“3=0.2（三）主梁荷载横向分布系数汇总梁号荷载位置公路-I级人群何载1,5跨中0.4550.564支点0.4381.6562,4跨中0.1150.313支点0.503跨中0.40.2支点0.5940川.主梁内力计算（一）恒力

10、内力计算1.恒载集度主梁:6 =0.18 1.3O.。8。14|(1.6-0.18广25 = 9.76 kN/m横隔梁:对于边主梁:1叫害呼21.20对于中主梁：1g2 =2 0.056 =0.112 kN/m桥面铺装层：1.0.05 7 23 0.06 7 241g33.63 kN/m5栏杆和人行道:2小g4 = 52 kN/my45作用于边主梁全部恒载 g为：g =為gj =9.76 - 0.056 - 3.63 - 2 =15.45 kN/m作用于中主梁的恒载集度为：g- g9.76 0.112 - 3.63 - 2 =15.50 kN/m2.恒载内力跨中弯矩影 响线3L/40.751/

11、4跨弯矩影 响线支点剪力影0.25响线1/4跨剪力影 响线边跨弯矩剪力影响线计算主梁的弯矩和剪力,Mx =lqlx _qlx2 ；2 21Qx”qx；主梁个计算截面的恒载剪力和弯矩值，列于下表中剪力Q（ kN）弯矩 M(kN- m)x = 015 4521.2 = 163.8(164.3)M =0(0)1x = 一415.4521.2 :Q=J 21.2 2 汉214丿= 81.9(82.2)15.4521.2 f21.2；M =汉,21.2 -24(4 丿= 651.0(653.1)1X = _2Q =0(0)1 2M =-咒 15.45% 21.22 =868.0(870.8)8注：表中算

12、式所得结果为边主梁恒载内力，括号内为中主梁恒载内力(二)活载内力计算1.公路-I级中集中荷载Pk计算计算弯矩效应时计算剪力效应时f 212 _ 5、P右Pk =1.2x238 =295.2 kN公路-I级中均布荷载qk =10.5 kN/m2.冲击系数口1-10.1767In f -0.0157 =1.22因双车道不折减，故E =1。3.跨中弯矩M i计算2跨中弯矩影响线如下图11l影响线面积：l221.256.18 m2 ; y 5.3884由于跨中弯矩横向分布系数1号，5号梁最大，所以只需计算 1号，5号梁的弯矩，计算如下：(1) 对于1号梁公路-I级汽车活载的跨中弯矩：M1 =1mcq1

13、 qk Pky i=1.22 1 0.455 10.5 56.18 246 5.3=1051.19kN m人群荷载的跨中弯矩:M 1 二 mcr1pr= 0.564 3 1.5 56.18 = 142.58kN m2r(2) 对于2号和4号梁 公路-I级汽车活载的跨中弯矩:M11i-mcq2 qk pky =1.22 1 0.115 10.5 56.18 246 5.3 = 265.68kN mq人群荷载的跨中弯矩M 1 =mcr2Pr Y： =0.313 3 1.556.18 = 79.13 kN mr2(3) 对于3号梁公路-I级汽车活载的跨中弯矩：M1 = 1?mcq3 qk，pky =

14、1.22 1 0.410.5 56.18 246 5.3 =924.12kN m人群荷载的跨中弯矩M 1 = mcr3 pr = 0.23 1.556.18 = 50.56 kN mr24.跨中剪力Ql计算2跨中剪力影响线如下图：鉴于跨中剪力Ql影响线的较大坐标位于跨中部分，故也采用全跨统一的荷载横向分布2系数mcq来计算。1 1 2影响线面积为：21.2 0.5=2.688 m ; y =0.52 2(1) 对于1号和5号梁 公路-I级汽车活载的跨中剪力:Qi =1 mcqi qk八亠 Pky =1.22 1 0.455 10.5 2.688 295.2 5.3 =97.60kN人群荷载的跨

15、中剪力：Q1 =mcr1qr： =0.5643 1.52.688 = 6.82kN2(2) 对于2号和4号梁公路-I级汽车活载的跨中剪力：Q1 h1；.肯亦皿 qkpkyi=1.22 1 0.115 10.5 2.688 295.2 53=24.67kN人群荷载的跨中剪力：Q1 = mcr2qr =0.313，3 1.5 2.688 = 3.79 kN2r(3) 对于3号梁公路-I级汽车活载的跨中剪力：Q1 h1口闪3 qkpky ；=1.22 1 0.4 10.5 2.688 295.2 5.3i = 85.80kN2q人群荷载的跨中剪力：Qi二 mcr3.qr. =0.2 3 1.5 2.

16、688 =2.42 KNr25.支点剪力Q算剪力影响线如下图所示：,( 1. .1 r. r1 f i I i l i i I 1 i i U QomA.影响线面积为： =丄汉 21.2 如=10.6m2 ; y=12横向分布系数变化区段的长度:21.2a=-2-4.85 = 5.75m附加三角形重心影响线坐标:( 1 21.25.75Y =130.91021.2(1) 对于1#和5#梁公路一一I级汽车活载的支点剪力Qo均a2 moq1- mcq15 75= 1.22 10.5 0.455 10.6 -20.438 - 0.455 0.910 = 61.21KNQ0集二 $ mq1Pky=1.

17、22 1 0.438 295.2 1 =157.74kNQ0 二 Q0均 Q0集=61.21 157.74 =218.95kNa人群荷载支点剪力：Q0r = mcr1qr mor1 -mcr1 Y25 75= 564 3 1.5 10.6(1.656 -0.564) 3 1.5 0.910=39.76kN2(2) 对于 2#和 4#梁公路一一I级汽车活载的支点剪力：Q。均二 1qk mcq2 I mq2 mcq2 y5 75=1.22 x 1X 10.5 x 0.115 x 10.6+x( 0.5-0.115 ) x 0.9102=28.52kNQ0集二丄 fm0q2Pky =1.22 x 1

18、 X 0.5 x 295.2 x 1=180.07kNQ0 - Q0均 Q0集=208.59kN人群荷载的支点剪力:精彩文档cr25 75=0.313 X 4.5 X 10.6+(0-0.313 ) X 4.5 X 0.9102=11.25kN(3)对于3#梁公路一一I级汽车活载的支点剪力：qk mcq3|moq3Eq3y5 75=1.22 X 1X 10.5 X 0.4 X 10.6+X( 0.594 -0.4 ) X 0.9102=60.82kNQ0集二 U ： m0q3Pky =1.22 X 1 X 0.594 X 295.2 X 1=213.92kNQ0 =Q 0 均 Q 集=274.

19、74kN人群荷载的支点剪力：Q0ra讥虻？叫3-叫3 丫5 75=0.2 X 4.5 X 10.6+X( 0-0.2 )X 4.5 X 0.9102=7.19kN16. 丄跨弯矩计算41 3影响线面积=丄X X l2 =31.74m22 16y= X 18.4=3.4516(1)对于 1#梁:按公路 I级汽车荷载： + Pky)M q = ( 1+ 口)r M cq1 ( q k4=1.22 X 0.455 X( 10.5 X 42.135+246 X 3.975 )=788.39kN m人群荷载的跨中弯矩:M r =0.564 X 4.5 X 42.135=106.94kN m4(2) 对于

20、2#梁:按公路 I级汽车荷载：M a=1.22 X 1 X 0.115 X( 10.5 X 42.135 + 246 X 3.975 ) =199.26kN m 4人群荷载的跨中弯矩：M r =0.313 X 4.5 X 42.135=59.35KN m(3)对于3#梁:按公路一级汽车荷载：Mq =1.22 0.4 (10.5 42.135 +246 3.975) 693.09 kN4人群荷载的跨中弯矩：M r =0.2 X 4.5 X 42.135=37.92kN m47. -跨截面的剪力41/4跨剪力影响线如下图：287.04KN10.50KN/m公路-II级1 H HHQ1/4影响线人群

21、荷载一 .1 J3.0KN/mQ1/4影响线1 33影响线面积 = x x l x =5.96m2 ; y=0.75m2 44(1) 对于1#梁:a /、一Qq = ( 1+ ) qk mcq14二 +( m0q1 - mcq1 ) y 2=1.22 x 0.498 x( 10.5 x 5.18+233.6 x 0.75 )=139.49KNQr =0.713 x 4.5 x 5.18=16.62KN4(2) 对于2#梁：4（1+ 口）- q k m cq1a- +-(mq1- mcq1)y=1.22 x 0.132 x( 10.5 x 5.18+233.6 x 0.75 )=36.97KNQ

22、r =0.322 x 4.5 x 5.18=7.51KN4(3)对于 3#梁:Qq =qk【mcq1 +- ( mq1- mcq1) y2=1.22 x 0.4 (10.5 x 5.18 + 233.6 x 0.75 )=112.04KNQr =0.2 x 4.5 x 5.18=4.66KN4（三）荷载组合永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相结合，其效应组合表达式为如下:mQ1Sa1k c Qi SQ1kj=2总结为：当恒载为最大时：组合值 =1.35 x恒荷载+1.4 x汽车荷载+0.8 x 1.4 x人群荷载当汽车荷载最大：组合值=1.2 x恒荷载+1.4 x汽车荷载+0.8 x 1

23、.4 x人群荷载 主梁内力计算组合值如下表 精彩文档跨中弯矩组合梁号恒载活载组合值汽车人群1,5868.01051.19142.582,4870.8265.6879.133870.8924.1250.56跨中剪力组合梁号恒载活载组合值汽车人群1,5097.606.822,4024.673.793085.802.42支点剪力组合梁号恒载活载组合值汽车人群1,5163.8218.9539.762,4164.3208.5911.253164.3274.747.191/4跨弯矩组合梁号恒载活载组合值汽车人群1,5651.0788.39106.942,4653.1199.2659.353653.1693

24、.0937.921/4跨剪力组合梁号恒载活载组合值汽车人群1,581.9157.6415.132,482.239.848.39382.2138.585.36IV .横隔梁内力计算1、确定作用在中横隔梁上的计算荷载：对于跨中横隔梁的最不利荷载布置如图纵向一列车轮对于中横隔梁的计算荷载为：11计算弯矩时：氐=Pk y k + qk k2211= X 238 X 1+ X 10.5 X 4.85=144.463kN22P0r = qo/Jor=4.5 X 4.85=21.825KN2、绘制中横隔梁内力影响线按偏心压力法算得1、2、3号梁的荷载横向分布影响线竖坐标值，则Mr的影响线竖标可计算如下：11

25、 =0.54 ,15= - 0.14 ;21=0.285 ,25 =0.115 ;13=0.2 ,23 =0.2P=1作用在1号梁轴上时：M = 11 X 1.5d+ 21 X 0.5d 1 X 1.5d=0.54 X 1.5 X 1.6+0.285 X 0.5 X 1.6 1X 1.5 X 1.6= - 0.88P=1作用在5号梁轴上时：r5 = 15 X 1.5d + 25 X 0.5d=(-0.14 ) X 1.5 X 1.6 + 0.115 X 0.5 X 1.6= - 0.24P=1作用在3号梁轴上时：M = 13 X 1.5d + 23 X 0.5d=0.2 X 1.5 X 1.6

26、 + 0.20 X 0.5 X 1.6=0.64有了此三个竖标值和已知影响线折点位置，就可以绘出Mr影响线如图所示:3、绘制剪力影响线对于1号主梁处截面的Q1 右影响线可计算如下：P=1作用在计算截面以右时：Q右=R1即1右=1iP=1作用在截面以左时：Q右 = R1 1即f = 1i 1绘成Q右影响线如图所示公路-I级-1-公路-I级公路-I级5or O-线响影 右Q4、截面内力计算将求得的计算荷载Poq在相应的影响线上按最不利荷载位置加载，对于汽车荷载并计入冲击影响力(1+口)，则得：弯矩M 2一3 :公路一I级荷载M2-3=(1+ 口 )匕 Poq 无 n =1.22 X 1 X 144

27、.46 X (0.86+0.37)=216.78(KN m)人群荷载M2-3= Po送 n = 21.825 X(- 1.42 ) =- 31.07 (KN- m剪力Q右:公路一I级荷载Q右 = (1+ 口 ) F0q =1.22 X 1 X 144.46 X( 0.52 + 0.33 + 0.19 + 0)=183.29(kn- m人群荷载Q右 =丘=21.825 X( - 0.38 ) =- 8.28 (KN)5、内力组合，按极限状态设计的计算内力为：基本组合：M ud =0 + 1.4 X 216.78 + 0.8 X 1.4 X ( - 31.07)=295.56(KN- m)QU右=0 + 1.4 X 183.29 + 0.8 X 1.4 X ( - 8.28)=272.07(KN)短期组合：Msd=0+ 0.7 X 216.78 + 1X( - 31.07 ) =132.74 ( KN- mQ右=0+ 0.7 X 183.29 + 1 X( - 8.28 ) =132.03 ( KN)长期组合：M1d=0+ 0.4 X 216.78 + 0.4 X(- 31.07 ) =81.71 ( KN- m右Q右=0+ 0.4 X 183.29 + 0.4 X( - 8.28 ) =77.00 (KN)